可形成親水自清潔減反射膜塗料的製備方法
2023-06-07 06:30:41
專利名稱：可形成親水自清潔減反射膜塗料的製備方法
技術領域：
本發明涉及可在光伏玻璃、顯示屏玻璃、普通玻璃、光學器件表面形成親水自清潔減反射薄膜的塗料的製備方法。
背景技術：
表面光反射造成了光伏玻璃透光率下降、顯示器清晰度下降以及各種光學器件表面的光能量損失。為了降低反射率，通常會在表面鍍一層或多層減反射膜，鍍膜的方法主要有磁控濺射、離子蒸鍍、溶膠-凝膠法等。其中溶膠-凝膠法無需真空專有設備，工藝簡單， 成本低，對基材尺寸無限制。自清潔功能對某些在戶外使用的光學表面非常重要，因為空氣中的灰塵會沉積在器件表面，造成光線散射。
專利申請號為201010606834的專利給出了一種二氧化矽減反射膜製備方法，具體包括以下步驟配製濃度為O.1 2mol/L正矽酸乙酯乙醇溶液，加熱至室溫 100°C同時磁力攪拌；配製濃度為O.1 lmol/L的氨水溶液；氨水溶液逐滴滴加到乙醇與正矽酸乙酯的混合液中，滴加完成後繼續攪拌I 12小時，形成膠體溶液。將固含量O. 5% 20% 的膠體溶液與固含量O. 5% 20%的成膜劑按體積比為I 9 I混合；以玻璃為基片，使用浸潰提拉法或旋塗法制膜，膜的層數為I 5層；將鍍膜的玻璃片置於120°C烘箱中烘30 分鐘，再置於馬弗爐中200°C -600°C燒4-60分鐘。申請號為201010226020專利給出了一種減反射鍍膜液矽溶膠製備方法及鍍膜液配比，具體如下先以正矽酸乙酯、乙醇、水為原料，氨水或鹽酸作為催化劑製作二氧化矽溶膠，使用比例(摩爾比)正矽酸乙酯水乙醇氨水(或鹽酸)=1 (2 4) (30 80) (I 5)，再將二氧化矽溶膠稀釋並加入聚乙烯吡咯烷酮穩定劑，加入量為每升鍍膜液加Ig 5g，再加入樹脂粘結劑，加入量為每升鍍膜液加5g 15g，得到的混合物即是鍍膜液。鍍膜後的玻璃需進行預固化處理，處理溫度為100°C 200°C，處理時間為20s 300s ;以上這兩個專利給出的鍍膜液都需要在 100-200°C預固化，然後才能進行鋼化。這意味著需要消耗較多的能量才能實現比較好的鍍膜效果。另外，所鍍膜層不具備自清潔功能。
申請號為200910098519的專利給出了一種針對光伏玻璃的具有疏水自清潔功能的減反射膜製備方法，具體步驟如下①製備無機-有機雜化矽溶膠，方法有兩種，分別是 (I)先將去離子水、催化劑、溶劑混合，水浴加熱並勻速攪拌，加熱溫度控制為10 80°c，接著加入矽源和矽烷偶聯劑，保持恆溫並且勻速攪拌的條件下水解I 30h，得到無機-有機雜化矽溶膠。獲得的無機-有機雜化矽溶膠經過I 15天的老化後用於塗膜。(2)先將去離子水、催化劑、一部分溶劑混合，水浴加熱並勻速攪拌，加熱溫度為10 80°C，接著加入矽源，保持恆溫並且勻速攪拌的條件下水解I 30h，得到矽溶膠；將矽烷偶聯劑與剩餘溶劑混合，得到混合液，然後將矽溶膠與混合液混合攪拌，得到無機-有機雜化矽溶膠。②塗膜，將步驟①中得到的無機-有機雜化矽溶膠塗覆於經過清洗、乾燥後的光伏玻璃上；③疏水處理，將塗膜後的光伏玻璃通過有機物氣氛處理，溫度為20 350°C，壓力為I 5atm ； ④固化處理，將疏水處理後的光伏玻璃在溫度為200 550°C條件下固化處理I 180分鐘，得到具有減反射膜的光伏玻璃。所述的矽源為正矽酸甲酯或正矽酸乙酯中的一種或一種以上；溶劑為甲醇、乙醇、乙二醇或異丙醇中的一種或一種以上；催化劑為鹽酸、氨水或氫氧化鈉中的一種；矽烷偶聯劑為Y-氨丙基三乙氧基矽烷、十三氟代辛烷基三乙氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷或(3-氯丙基)三甲氧基矽烷中的一種或一種以上。這個專利的第一種製備鍍膜液的方法需要老化1-15天，勢必影響生產效率。另外不管是那種方法製備的鍍膜液鍍膜後都必須進行疏水處理才能實現自清潔，多了一道工藝步驟，會增加生產成本。 以上這幾個發明都採用的氨水作為矽溶膠製備的催化劑，但是氨水具有極其強烈的刺激氣味，如果不能將溶膠中的氨水除去，鍍膜施工過程中強烈刺激氣味讓操作人員難以忍受，影響身體健康。發明內容
本發明提供一種可形成親水自清潔減反射膜塗料的製備方法，主要解決了現有方法製備的塗料不具備親水自清潔功能和減反射增透功能，同時，還需要在高溫下進行固化的問題。
本發明的具體技術解決方案如下
該可形成親水自清潔減反射膜塗料的製備方法包括以下步驟
I]取氨水、醇和去離子水混合後加熱至30_90°C，氨水、醇、去離子水的體積比為1:10-60 0. 5-5 ；
2]取有機矽源和醇混合得到混合液，有機矽源和醇的體積比例為1: 1-30 ；
3]將經步驟2製備的反應溶液一次性加入步驟I製備的混合液中反應l_15min， 步驟I製備的溶液與步驟2製備的反應溶液體積比為2 1-2,
4]向步驟3製備的溶液中添加去離子水反應l_15min，添加量為總溶液體積的 5-30% ;然後再添加氨水反應，添加量為總溶液體積的O. 5-8% ;步驟4整體進行1-3次；
5]步驟4反應完成後,再反應1-6小時；
6]步驟5反應完成後，去除氨氣即得到成品。
上述步驟6去除氨氣是採用加熱冷凝回流的方法去除。
上述步驟1、步驟2中所述的醇為甲醇、丙醇、異丙醇、丁醇的一種或兩種及兩種以上以任意比例混合。
上述步驟2中所述的機矽源指的是正矽酸甲酯、正矽酸乙酯、正矽酸丙酯中的一種或者兩種及兩種以上以任意比例混合。
上述步驟4進行一至三次。
本發明的優點在於
本製備方法採用了一次性加入有機矽醇溶液，使得矽源幾乎在同一時間，同時水解，相比逐步滴加的方法，溶膠中納米粒子的單分散性大幅提高；採用的多步加水和氨水的方法，實現了納米粒子逐步生長，大幅降低了納米粒子粒徑的分布範圍。正是因為以上兩個原因`，使得所形成的膜層均勻，表面納米結構規則，粒子表面羥基密度大，因此透光率大幅提升，單面鍍膜時透光率提升達到3%以上。同時具有良好的親水自清潔性。
本發明的鍍膜液製備後無需長時間老化；經過輥塗、浸塗、旋塗、噴塗或霧化沉積等手段塗覆在基底表面，無需經過後處理；除去了鍍膜液中的氨水，改善了鍍膜液的施工環境；無需高溫固化，固化溫度為40-80°C之間，固化時間為30-600S，大幅降低固化時的能耗。
圖1為本發明所製備的親水自清潔減反射薄膜的紫外-可見-近紅外透過光譜圖。
圖2為本發明中所製備親水自清潔減反射膜的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。
圖3為本發明所製備的親水自清潔減反射薄膜的斷面掃描電子顯微鏡(SEM)圖。
圖4為本發明所製備的親水自清潔減反射薄膜原料二氧化矽的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。
圖5為本發明所製備的親水自清潔減反射薄膜的接觸角測量圖。
具體實施方式
以下結合具體實施例對本發明進行詳述
實施例一
I]配製量取一定量的氨水、無水乙醇、去離子水，三者的體積比例為1:60 :5，混合均勻後加熱到90°C ；
2]將有正矽酸乙酯和無水乙醇混合，二者的體積比例為1:1;
3]將含有正矽酸乙酯的溶液一次性倒入上述第一種溶液中反應I分鐘，二者體積比為2:1；
4]向反應溶液中添加去離子水，添加量為總溶液體積的5%，再反應I分鐘後，向反應溶液中添加氨水，添加量為總溶液體積的O. 5% ；
5]完成步驟4後，再反應I小時；
6]然後採用加熱冷凝回流的方法除去氨氣。
實施例二
I]配製量取一定量的氨水、無水乙醇、去離子水，三者的體積比例為1:10 :8，混合均勻後加熱到90°C ；
2]將正矽酸乙酯和無水乙醇混合，二者的體積比例為1:30 ；
3]將含有正矽酸乙酯的溶液一次性倒入上述第一種溶液中反應15分鐘，二者體積比為1:1;
4]再向反應溶液中添加去離子水，添加量為總溶液體積的30%，再反應15分鐘後， 向反應溶液中添加氨水，添加量為總溶液體積的8% ;重複3次；
5]完成步驟4後，再反應6小時；
6]然後採用加熱冷凝回流的方法除去氨氣。
實施例三
I]配製量取一定量的氨水、無水乙醇、去離子水，三者的體積比例為1:30 :2. 5，混合均勻後加熱到50°C ；
2]將正矽酸乙酯和無水乙醇混合，二者的體積比例為1:20 ；
3]將含有正矽酸乙酯的溶液一次性倒入上述第一種溶液中反應8分鐘，二者體積
4]再向反應溶液中添加去離子水，添加量為總溶液體積的20%，再反應8分鐘後， 向反應溶液中添加氨水，添加量為總溶液體積的5% ;步驟3進行的次數為2次；5]完成步驟4後，再反應3小時；6]然後採用加熱冷凝回流的方法除去氨氣。實施例4 :將實施例1中的無水乙醇改為異丙醇，其餘不變；實施例5 :將實施例2中的無水乙醇改為異丙醇，其餘不變；實施例6 :將實施例3中的無水乙醇改為異丙醇，其餘不變；實施例7 :將實施例1中的正矽酸乙酯改為正矽酸甲酯，其餘不變；實施例8 :將實施例2中的正矽酸乙酯改為正矽酸甲酯，其餘不變；實施例9 :將實施例3中的正矽酸乙酯改為正矽酸甲酯，其餘不變；實施例10 :將實施例1中的無水乙醇改為甲醇，其餘不變；實施例11 :將實施例2中的無水乙醇改為甲醇，其餘不變；實施例12 :將實施例3中的無水乙醇改為甲醇，其餘不變；實施例13 :將實施例7中的無水乙醇改為異丙醇，其餘不變；實施例14 :將實施例8中的無水乙醇改為異丙醇，其餘不變；實施例15 :將實施例9中的無水乙醇改為異丙醇，其餘不變；實施例16 :將實施例7中的無水乙醇改為甲醇，其餘不變；實施例17 :將實施例8中的無水乙醇改為甲醇，其餘不變；實施例18 :將實施例9中的無水乙醇改為甲醇，其餘不變；鍍膜液製備好後無需進行老化，無刺激性氣味，通過輥塗、浸塗、旋塗、噴塗或霧化 沉積等手段塗覆在基底表面，無需經過後處理即可獲得優異的親水自清潔功能和減反射增 透功能，單面鍍膜時增透率達到3%以上。鍍膜後的固化溫度低，在40-80°C之間，固化時間 為30-600S，大幅降低固化時的能耗。上述實施例所製備獲得的親水自清潔減反射薄膜。如圖1所示，所述玻璃以及單面塗親水自清潔減反射薄膜玻璃的透過率對比圖， 從圖中可以看出，在400 llOOnm波長下，親水自清潔減反射薄膜能使玻璃的透過率增加 達到3. 1%。如圖2所示，所述親水自清潔減反射薄膜的掃描電子顯微鏡(SEM)圖，從圖中可以 看出，所製備的自清潔減反射薄膜表面平整、光滑、連續。如圖3所示，所述親水自清潔減反射薄膜的斷面掃描電子顯微鏡(SEM)圖，所制的 薄膜厚度均勻、連續，厚度在130nm左右。如圖4所示，所述親水自清潔減反射薄膜原料二氧化矽的掃描電子顯微鏡(SBO 圖，從圖中可以看出，此方法所制的二氧化矽膠體溶液中納米二氧化矽能很好的分散在溶 劑中。如圖5所示，所述親水自清潔減反射薄膜的接觸角測量圖，從圖中可以看出，所制 備的親水自清潔減反射薄膜的接觸角約為27. Oo，具有很好的親水性。
權利要求
1.ー種可形成親水自清潔減反射膜塗料的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟 1]取氨水、醇和去離子水混合後加熱至30-90°C，氨水、醇、去離子水的體積比為1:10-60 :0. 5-5 ； 2]取有機矽源和醇混合得到混合液，有機矽源和醇的體積比例為1:1-30 ； 3]將經步驟2製備的反應溶液一次性加入步驟I製備的混合液中反應l_15min，步驟I製備的溶液與步驟2製備的反應溶液體積比為2 1-2, 4]向步驟3製備的溶液中添加去離子水反應l_15min，添加量為總溶液體積的5-30%；然後再添加氨水反應，添加量為總溶液體積的0. 5-8% ； 5]步驟4反應完成後，再反應1-6小時； 6]步驟5反應完成後，去除氨氣即得到成品。
2.根據權利要求1所述的可形成親水自清潔減反射膜塗料的製備方法，其特徵在於所述步驟6去除氨氣是採用加熱冷凝回流的方法去除。
3.根據權利要求2所述的可形成親水自清潔減反射膜塗料的製備方法，其特徵在於所述步驟1、步驟2中所述的醇為甲醇、丙醇、異丙醇、丁醇的ー種或兩種及兩種以上以任意比例混合。
4.根據權利要求3所述的可形成親水自清潔減反射膜塗料的製備方法，其特徵在於所述步驟2中所述的機矽源指的是正矽酸甲酷、正矽酸こ酷、正矽酸丙酯中的ー種或者兩種及兩種以上以任意比例混合。
5.根據權利要求4所述的可形成親水自清潔減反射膜塗料的製備方法，其特徵在於所述步驟4進行1-3次。
全文摘要
本發明提供一種可形成親水自清潔減反射膜塗料的製備方法，主要解決了現有方法製備的塗料不具備親水自清潔功能和減反射增透功能，同時，還需要在高溫下進行固化的問題。該可形成親水自清潔減反射膜塗料的製備方法包括以下步驟1]取氨水、醇和去離子水混合後加熱；2]再取有機矽源和醇混合得到混合液；3]將經步驟2製備的反應溶液一次性加入步驟1製備的混合液中反應等處理後即得到成品。該方法所形成的膜層均勻，表面納米結構規則，粒子表面羥基密度大，因此透光率大幅提升，單面鍍膜時透光率提升達到3%以上。同時具有良好的親水自清潔性。
文檔編號C09D5/00GK103044977SQ20121041160
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月24日 優先權日2012年10月24日
發明者郭昭龍, 趙衛, 趙海新 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所